CN105984842A - 一种焦炉煤气常压富氧非催化转化工艺流程 - Google Patents

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詹俊怀
林金柱
覃淑英
段宗仁
郭金森
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Abstract

一种焦炉煤气常压富氧非催化转化工艺流程。包括焦炉煤气经热交换器A升温后进入转化炉，其特征在于：转化炉不设催化剂层，转化炉顶部设有烧嘴装置，富氧空气经热交换器B6升温后与蒸汽汇流进入转化炉；焦炉煤气、富氧空气、蒸汽在转化炉内燃烧形成氨合成原料气，氨合成原料气进入废热锅炉降温后引流两路供热，给蒸汽热交换器D、热交换器、给热交换器A、热交换器C供热；两路换热后汇流依次进入蒸发冷却器降温、气水分离器分离，降温后的氨合成原料气再进入终端脱硫装置脱硫；软水由热交换器C升温后进入废热汽包、废热锅炉产生的蒸汽经蒸汽热交换器D升温后供转化炉用。经工艺优化焦炉气甲烷转化效率≥80％，原料气高温实现热交换器热源自给。

Description

一种焦炉煤气常压富氧非催化转化工艺流程
技术领域
本发明涉及焦炉化转化炉，特别是一种焦炉煤气常压富氧非催化转化工艺流程。
背景技术
本申请人是以生产基本化工原料和化肥为主的化工企业，以煤为原料制作煤棒，煤棒进造气炉气化造气，作为合成氨的原料气。2013年利用钢铁集团副产的焦炉煤气作为原料气，采用催化转化制作氨合成气工艺，将焦炉煤气转化为氨合成原料气，替代部分现有造气炉。
利用钢铁集团副产的焦炉煤气制作氨合成原料气。
如图1所示，现有工艺流程为：
1、焦炉煤气2先经热交换器升温后进入氧化锌脱硫罐23、钴钼加氢反应器24脱硫后与蒸汽管的蒸汽混合，混流后经热交换器进入辐射炉27界外燃气21加热升温到800－1000℃后引出进入转化炉12。辐射炉27的烟气由气泵25送往烟囟22。
2、空气1经热交换器升温后也引入转化炉12。转化炉12内设有上下两层耐高温铬基催化剂层、转化催化剂层，高温的空气1、焦炉煤气2、蒸汽在转化炉12内发生化学反应产生原料气。
3、原料气经废热锅炉14换热降温后进入终端脱硫装置脱硫。
上述步骤的所有热交换器热源由界外燃气21通过辅助锅炉26提供，辐射炉27热源也由界外燃气21炉内燃烧提供。所述热交换器为箱形体内安装有S形管式排管，管内外两种流体以管壁实施间接换热。
这种工艺流程的缺陷在于：热交换器要依靠界外燃气21，其次是催化剂介质会因过流混合气的硫含量中毒而失效，所以流程前段必须先有脱硫工序。催化剂用久了也会因催化剂表面附着焦油、粉尘阻力加大，从而失去活性。
发明内容
本发明目的为克服上述缺陷，提供一种焦炉煤气常压富氧非催化转化工艺流程。
本发明方案是：包括焦炉煤气经热交换器A升温后进入转化炉，其特征在于：转化炉不设催化剂层，转化炉顶部设有烧嘴装置，空气与管道氧气经富氧混配器混配混配成富氧空气，富氧空气经热交换器B6升温后与蒸汽总管3的蒸汽经三通汇流进入转化炉12炉顶烧嘴；焦炉煤气、富氧空气、蒸汽在转化炉内燃烧形成氨合成原料气，转化炉内蒸汽/富氧空气比为0.20－0.25、富氧空气/焦炉气比为0.44－0.46、燃烧温度为1350℃-1380℃；氨合成原料气进入废热锅炉降温后引流引出两路供热管道，一路供热管道依次给蒸汽热交换器D、热交换器B作为换热热源，另一路供流管道依次给热交换器A、热交换器C作为换热热源；所述两路供流管道换热后汇流依次进入蒸发冷却器降温、气水分离器气水分离，气水分离器流出的降温后的氨合成原料气再进入终端脱硫装置脱硫；软水由锅炉给水泵泵送入软水热交换器C升温后进入废热锅炉的废热汽包，废热汽包软水进入废热锅炉进行热交换产生的蒸汽通过废热汽包进入蒸汽热交换器D升温后与蒸汽总管的蒸汽混合供转化炉用。
本发明的优点在于：经工艺优化焦炉气甲烷转化效率≥80％，依靠原料气的高温实现换热器热源自给。
附图说明：
图1为现有技术工艺流程图。
图2为本发明工艺流程图。
具体实施方式：
本发明：包括焦炉煤气2经热交换器A7升温后进入转化炉12，其特征在于：转化炉12不设催化剂层，转化炉12顶部设有烧嘴装置，空气1与管道氧气4经富氧混配器5混配成富氧空气，富氧空气经热交换器B6升温后与蒸汽总管3的蒸汽经三通汇流进入转化炉12炉顶烧嘴；焦炉煤气2、富氧空气、蒸汽在转化炉12内燃烧形成氨合成原料气，转化炉内蒸汽/富氧空气比为0.20－0.25、富氧空气/焦炉气比为0.44－0.46、燃烧温度为1350℃-1380℃；氨合成原料气进入废热锅炉降温后引流引出两路供热管道，一路供热管道依次给蒸汽热交换器D15、热交换器B6作为换热热源，另一路供流管道依次给热交换器A7、热交换器C9作为换热热源；所述两路供流管道换热后汇流依次进入蒸发冷却器10降温、气水分离器11气水分离，气水分离器11流出的降温后的氨合成原料气再进入终端脱硫装置脱硫；软水8由锅炉给水泵泵送入软水热交换器C9升温后进入废热锅炉的废热汽包13，废热汽包13软水8进入废热锅炉14进行热交换产生的蒸汽通过废热汽包13进入蒸汽热交换器D15升温后与蒸汽总管3的蒸汽混合供转化炉用。
常压非催化转化 ，工艺特点： 焦炉气不需净化，常压下直接进行转化，在1300—1350℃，将焦炉气中带来的有机物（焦油、萘、苯、酚及有机硫化物）全部裂解转化，与催化转化相比，省去催化转化前的净化工序。转化后，有机硫全部转化为无机硫，降低脱硫技术难度和脱硫费用。
转化原理：
焦炉煤气中杂质含量较多，有高级烃类、硫化物、苯类化合物， 焦炉煤气转化 ，系指焦炉煤气与氧气发生如下反应：
第一阶段为部分氧化反应，主要是氢气/甲烷与氧接触发生燃烧氧化反应生成H2O，提高气体温度到1350℃。该反应是剧烈的放热反应：
2H2 +O2→2H2O
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
第二阶段为水蒸汽和二氧化碳氧化性气体高温的作用下，与CH4进行蒸汽转化反应，该反应是吸热反应：
CH4 + H2O —→ CO+3H2
CH4 + CO2 —→ 2CO+2H2
甲烷转化的同时，其同系物按下列总反应式转化
CnH2n+2 + nH2O = nCO + (2n+1)H2
上述两阶段的反应可以合并成一个总反应式如下：
2CH4 + CO2 + O2 —→ 3CO + 3H2 + H2O
由于第二个阶段反应是吸热反应，当转化温度越高时，甲烷转化反应就越完全，反应后气体中的残余甲烷就越低。
甲烷部分氧化通常加入一定量的蒸汽，目的是避免焦炉气在受热后发生析炭的反应，使甲烷进行蒸汽转化反应，在转化反应的同时也起到抑制析黑的生成。
焦炉煤气用焦炉煤气风机升压至25～50KPa.G，再经焦炉煤气预热器换热升温至250～350℃后分成三路，分出的热焦炉煤气通过流量调节后分别进入三台转化炉的燃烧混合器。焦炉煤气风机的出口总管上设置焦炉煤气回流气冷却器实现煤气流量的调整。
空气经空气风机升压至30～60KPa.G后与来自界外的氧气汇合并进入富氧空气静态混合器，在混合器中空气与氧气均匀混合成含氧量一定的富氧空气，富氧空气通过压力控制后再经富氧空气预热器换热升温至160～200℃后分成三路，分出的热富氧空气通过流量调节后与工艺蒸汽混合并分别进入三台转化炉的燃烧混合器。
燃烧混合器上设置点火烧嘴，从热焦炉煤气、热富氧空气、工艺蒸汽管线及吹扫空气管线上分别引小管线至点火烧嘴作为开工点火时的原料气。
焦炉煤气、富氧空气及工艺蒸汽经燃烧混合器喷射至转化炉内，在转化炉内发生燃烧、裂解及转化反应，转化气从转化炉底进入废热锅炉，经废热锅炉降温至250℃～400℃回收热量后三台废热锅炉出口的气体汇合在一起后再分成两路，一路经焦炉煤气热交换器A7、软水热交换器C9回收热量，另一路经蒸汽热交换器D15、富氧空气热交换器B6回收热量后与前一路气体汇合进入转化气高效蒸发冷却器降温至常温，然后进入转化气分离器，在分离器中完成气液分离后，转化气送湿法脱硫系统。
来自界外的软水经软水除氧器脱除氧气后再经锅炉给水泵升压至2.0～2.5MPa.G，升压后的锅炉水经软水热交换器C升温至110～130℃后分别进入废锅汽包，废锅汽包中的水通过重力及虹吸作用进入废热锅炉换热升温并部分汽化后返回汽包，在汽包内完成气液分离并控制压力至1.4～1.6MPa.G后的蒸汽去蒸汽热交换器D15，液体进入废热锅炉继续循环，为防止锅炉系统盐的累计，设置定期及连续排污装置，排出的污水经废锅冷却器冷却后放空。经蒸汽热交换器D15过热后的蒸汽进入蒸汽总管3，从蒸汽总管3上引出一股分成三路并控制流量后作为工艺蒸汽分别进入转化炉的燃烧混合器；同时还设置了一根去小烧嘴起保护作用的保护蒸汽及一根去转化炉底部降低转化气出炉温度的降温蒸汽。
该工艺在初始点火段升用外来蒸汽对各交换器供热，生产正常后切断给热交换器供热的蒸汽。
通过焦炉气常压富氧非催化转化工艺研究与应用，2014年1月至8月本公司焦炉气甲烷转化效率≥80％，焦炉气甲烷含量25％－28％，转化气甲烷含量≤0.5％，达国内领先水平。 经过工艺优化研发了焦炉气常压富氧非催化转化操作工艺技术，汽/气比0.20－0.25，富氧空气/焦炉气比0.44－0.46；控制转化温度1350℃－1380℃。
转化炉温度控制办法：
通过富氧空气与焦炉气的量比来控制转化炉温度，富氧空气与焦炉气的流量比控制在0.44时，转化温度为1350℃；富氧空气与焦炉气的流量比控制在0.46时，转化温度为1380℃。
发明工艺采用富氧非催化转化的原因有：
三钢焦炉气成分比较复杂，焦炉气含有焦油、苯、萘、有机硫、硫化氢等杂质非常多，净化去除这些杂质非常困难。如果采用空气转化，转化温度只能达到1000℃，转化效率40%，析炭严重。采用富氧（O2含量62%）工艺，转化温度能达到1380℃，转化效率80%，可以转化裂解焦、苯、萘等有机物，焦炉气不需要预处理脱硫等，可降低投资和运行费用。
焦炉气非催化转化制合成气实现三台炉并联运行，实现工程装置的大型化应用。在装置的开车、停车和正常运行控制上具备成熟经验。

Claims (1)

1.一种焦炉煤气常压富氧非催化转化工艺流程，包括焦炉煤气2经热交换器A7升温后进入转化炉12，其特征在于：转化炉12不设催化剂层，转化炉12顶部设有烧嘴装置，空气1与管道氧气4经富氧混配器5混配成富氧空气，富氧空气经热交换器B6升温后与蒸汽总管3的蒸汽经三通汇流进入转化炉12炉顶烧嘴；焦炉煤气2、富氧空气、蒸汽在转化炉12内燃烧形成氨合成原料气，转化炉内蒸汽/富氧空气比为0.20－0.25、富氧空气/焦炉气比为0.44－0.46、燃烧温度为1350℃-1380℃；氨合成原料气进入废热锅炉降温后引流引出两路供热管道，一路供热管道依次给蒸汽热交换器D15、热交换器B6作为换热热源，另一路供流管道依次给热交换器A7、热交换器C9作为换热热源；所述两路供流管道换热后汇流依次进入蒸发冷却器10降温、气水分离器11气水分离，气水分离器11流出的降温后的氨合成原料气再进入终端脱硫装置脱硫；软水8由锅炉给水泵泵送入软水热交换器C9升温后进入废热锅炉的废热汽包13，废热汽包13软水8进入废热锅炉14进行热交换产生的蒸汽通过废热汽包13进入蒸汽热交换器D15升温后与蒸汽总管3的蒸汽混合供转化炉用。
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